基于GIS 的煤炭資源管理系統(tǒng)設計

邢向榮  袁景山  馬宏兵

摘要：以MAPGIS 為開發(fā)平臺，SQLServer2000 為開發(fā)語言，以國土資源局的業(yè)務為主，建立煤炭資源圖形數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫，并對其進行了關聯(lián)，旨在推動山西省煤炭經(jīng)濟發(fā)展，對利用計算機進行煤炭資源現(xiàn)代化管理具有重要的社會意義。

關鍵詞：空間數(shù)據(jù)庫，屬性數(shù)據(jù)庫，關聯(lián)，煤炭

中圖分類號：TP391                        文獻標識碼：A

引言

山西省素有“煤炭之鄉(xiāng)”的稱謂，煤炭覆蓋區(qū)域占全省總面積的1/3以上。建國以來國家對山西煤礦進行了全面的地質(zhì)勘察，留下了大量的地質(zhì)資料、測繪資料，這些資料是山西省國民經(jīng)濟建設的重要財富。然而，這些寶貴資料自20 世紀50 年代以來均以紙張記載，不利于長時間的存放，且給查找?guī)砹艘欢ǖ睦щy，嚴重影響了煤炭行業(yè)的生產(chǎn)管理活動。隨著計算機的普及，出現(xiàn)了以磁載體為介質(zhì)的數(shù)字化產(chǎn)品，數(shù)字化產(chǎn)品與以紙圖為載體的模擬產(chǎn)品相比較，前者更具實時性，且具有便于增刪、存儲、修改、管理等優(yōu)點，因此以數(shù)字化產(chǎn)品代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬產(chǎn)品已成為必然趨勢。鑒于以上情況，為推動山西省煤炭經(jīng)濟發(fā)展，順應煤炭資料電子化和信息技術發(fā)展的需求，利用計算機進行煤炭資源現(xiàn)代化管理具有十分重大的社會意義。

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Systems,簡稱GIS ）是一種采集、存儲、管理、分析、顯示與應用地理信息的計算機系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術。隨著21 世紀的來臨，一個全新的信息社會和空間時代即將展現(xiàn)在人們面前，地理信息技術將在國民經(jīng)濟建設中發(fā)揮更加重要和積極的作用。其中MAPGIS軟件就是我國國內(nèi)可以與世界頂尖地理信息系統(tǒng)軟件相媲美的前沿軟件。

1 總體設計思想

基于GIS 基礎平臺MAPGIS上開發(fā)的煤炭資源管理系統(tǒng)研究的目的就是在MAPGIS 軟件的支持下，集中運用地理信息技術、數(shù)據(jù)庫技術、面向?qū)ο蠹夹g的成果，在理論和實踐上探討一種煤炭資源管理的信息化方法。而空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立是煤炭資源管理系統(tǒng)的核心技術，該系統(tǒng)可實現(xiàn)礦區(qū)地質(zhì)圖形數(shù)字化，建立了圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)兩類相結(jié)合的數(shù)據(jù)庫，圖形數(shù)據(jù)由點、線、面三類圖形元素組成并分別存儲在MAPGIS的點文件、線文件和面文件中，屬性數(shù)據(jù)描述圖元特征，存儲在SQLServer2000 關系型數(shù)據(jù)庫中，圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)通過圖元內(nèi)部標號建立對應關系，實現(xiàn)了圖形數(shù)據(jù)庫中內(nèi)部屬性表與屬性數(shù)據(jù)庫中外掛屬性表的連接，將圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲、處理和分析。

此次任務是利用SQLServer2000 企業(yè)版，創(chuàng)建一個支持大型網(wǎng)站，企業(yè)聯(lián)機事務處理及企業(yè)大型數(shù)據(jù)聯(lián)機分析處理的煤炭資源數(shù)據(jù)庫。用于建立一個煤炭資源管理數(shù)字化平臺，并根據(jù)不同的用戶權限，實現(xiàn)不同的功能。其基本功能為：1 ）煤礦基本情況查詢；2 ）煤礦資源儲量管理；3 ）煤礦地質(zhì)環(huán)境管理；4 ）其他日常事務管理。不僅要利用Internet 在Web 上發(fā)布空間數(shù)據(jù)，為用戶提供空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢和分析的功能，形成一個網(wǎng)絡化的地理空間集成平臺，而且要用GIS 系統(tǒng)建立地質(zhì)環(huán)境模型和地質(zhì)環(huán)境信息系統(tǒng)，對地質(zhì)環(huán)境的變化及發(fā)展趨勢進行預報分析，同時通過對儲量做統(tǒng)計分析以及“回采率”、補償費管理，為國土資源局等部門的管理、模擬研究以及環(huán)境保護工作提供決策依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)建庫

數(shù)據(jù)建庫是指將數(shù)據(jù)進行采集并錄人至數(shù)據(jù)庫的過程，數(shù)據(jù)建庫包括數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)結(jié)構設計、數(shù)據(jù)庫定義、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)錄入的過程。這其中數(shù)據(jù)結(jié)構設計、數(shù)據(jù)庫定義尤為重要，這也是數(shù)據(jù)庫設計的內(nèi)容。

1 ）數(shù)據(jù)定義：是對系統(tǒng)中用到數(shù)據(jù)及其關系的描述。本系統(tǒng)中用到的數(shù)據(jù)包括該地區(qū)的煤礦分布圖、行政區(qū)劃圖、地質(zhì)地形圖、各煤礦的儲量計算圖、各煤礦的廠上下對照圖、各煤礦的煤層采掘工程平面圖、各煤礦的地質(zhì)環(huán)境評價現(xiàn)狀圖等，除此之外還包括與這些空間數(shù)據(jù)有關的屬性數(shù)據(jù)。

2 ）數(shù)據(jù)庫定義：主要是數(shù)據(jù)結(jié)構的定義，包括各數(shù)據(jù)表的構成、數(shù)據(jù)表之間的關系等。本系統(tǒng)采用SQL Server 作為數(shù)據(jù)庫存儲空間，每一項屬性數(shù)據(jù)在SQL Server 中作為一個關系表存在，而空間數(shù)據(jù)則采用MAPGIS 格式，通過MAPGIS SDE 利用SQL Server 進行管理。屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)之間通過關鍵字進行連接，所有這些過程對于用戶層面是完全透明的，因此可以做到所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。

3 圖形數(shù)據(jù)庫的設計

3.1  系統(tǒng)的圖層劃分與命名規(guī)則

GIS數(shù)據(jù)的特點就是數(shù)據(jù)源多、數(shù)據(jù)量大、系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的要求高。地理信息系統(tǒng)是以圖層來分類存儲不同的信息。本系統(tǒng)以縣（市）行政區(qū)劃為單位進行管理，劃分的圖層在不同縣（市）的數(shù)字化圖中都是一致的。為保證不同縣（市）圖形信息及相應屬性信息的獨立性，防止圖層名重復出現(xiàn)，圖層名編碼結(jié)構見表1 。

表1                           圖層名編碼結(jié)構

其中圖類編碼取相關專業(yè)術語關鍵詞的首字母，如DDGX 表示底板等高線，再如MKFBTK表示煤礦分布圖中的圖框及圖例框界線圖層。在本系統(tǒng)中，主要部分圖層包括：圖幅基本信息圖層、水系圖層、交通圖層、居民地圖層、境界圖層、地形等高線圖層、地層圖層、地層巖性圖層、構造圖層、底板等高線、儲量塊段注記圖層等。

3.2    圖層內(nèi)部屬性表設計

1 ）實體類型“統(tǒng)一編號”規(guī)則。本系統(tǒng)實體類型“統(tǒng)一編號”是GIS 連接空間圖元與屬性表及外部數(shù)據(jù)庫的唯一性關鍵字，三者必須保持一致。其編碼結(jié)構如下：

口口口   口口   口口口口

——礦山企業(yè)編碼（與采礦證對應）;

——實體類型編碼：01 ——儲量，02——地質(zhì)，03——回采率，04—— 補償費，05——采空區(qū)，06-鋁土礦；

——行政區(qū)劃國標代碼為縣級共3 位。

2 ）其他圖類“統(tǒng)一編號”規(guī)則。

口口口   口口   口口口口

——圖元順序編號；

——圖層代碼；

——行政區(qū)劃國標代碼縣（市）級共3 位。

說明：當順序號不足四位應在前面加O ，補足4 位。

3 ）主要圖層的內(nèi)部屬性表設計。屬性數(shù)據(jù)分為圖元內(nèi)部屬性與外部屬性兩部分，內(nèi)部屬性反映圖元的固有特征，以ID 或其他關鍵字段女歸儀行編碼與圖形數(shù)據(jù)直接關聯(lián)，本系統(tǒng)以“統(tǒng)一編號”為關鍵字與圖形數(shù)據(jù)進行關聯(lián)。如某一工程圖層內(nèi)部屬性見表2。

表2

3.3   圖形數(shù)據(jù)庫結(jié)構

根據(jù)MAPGIS的數(shù)據(jù)文件格式，圖形數(shù)據(jù)主要由地理地圖數(shù)據(jù)、點文件（.wt ）、線文件（.wl）、面文件（.wp）組成，根據(jù)圖形數(shù)據(jù)庫設計標準，結(jié)合國土資源局已有的資料，建立煤炭資源管理系統(tǒng)圖形數(shù)據(jù)庫。

3.4  外部屬性數(shù)據(jù)庫設計
外部屬性則反映外部動態(tài)變化的圖元特征參數(shù)，以外掛屬性表的形式存在，它是圖元內(nèi)部屬性的補充或稱圖元外掛屬性的集合。外掛屬性表以數(shù)據(jù)庫的形式存儲。內(nèi)部屬性與外部屬性表通過外掛數(shù)據(jù)庫連接碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫連接與交換。MAPGIS6.7能連接的外掛數(shù)據(jù)庫有DBASE ,Foxbase,Foxpro,Visual FoxPro,Access,Excel等數(shù)據(jù)庫軟件生成的文件，同時，MAPGIS具有強大的數(shù)據(jù)庫兼容性，可與oracle , infomix 等多種大型的數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)交換的能力，本系統(tǒng)外掛數(shù)據(jù)庫管理軟件為SQL  Server2000。

根據(jù)煤炭資源的實際情況，本系統(tǒng)外部屬性數(shù)據(jù)庫主要包括煤礦概況、圖幅信息、煤礦邊界控制點、煤礦中心坐標、煤礦圖件、采礦申請、礦山延續(xù)、礦山變更、儲量管理等數(shù)據(jù)類型，由Visual Foxpro6.0進行創(chuàng)建與管理。

3.5   圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)庫的關聯(lián)

圖形數(shù)據(jù)庫存放實體的圖形數(shù)據(jù)及與實體密切相關的屬性數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)庫則存放動態(tài)數(shù)據(jù)及報表、文字說明等屬性信息，圖形數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫是相互獨立的，但在使用過程中，二者之間又必須時時相連。目前，連接圖形數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫的辦法是采用連接碼，即在圖形數(shù)據(jù)庫中圖元的屬性表內(nèi)建立一個連接碼，同時在屬性數(shù)據(jù)庫相應記錄設置相同的連接碼標識，通過軟件將二者完美地結(jié)合起來。由于外掛數(shù)據(jù)庫中可以由單個數(shù)據(jù)表相互關聯(lián)，也可以由多個數(shù)據(jù)表相互關聯(lián)，通過各表的關聯(lián)字段進行內(nèi)部關聯(lián)，同時通過各表的關聯(lián)字段與MAPGIS空間數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部屬性表相應字段連接，從而實現(xiàn)外掛數(shù)據(jù)庫與空間數(shù)據(jù)圖形庫的整合。實現(xiàn)上述功能的核心技術是：當前圖形實體的內(nèi)部屬性關聯(lián)字段值，是通過MAPGIS平臺的API 函數(shù)調(diào)用。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)以MAPGIS軟件為開發(fā)平臺，SQL Server2000 為開發(fā)語言，開展了礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設計與開發(fā)工作，可以滿足礦產(chǎn)資源信息的日常管理需要，對提高礦產(chǎn)資源的管理水平起到積極的推進作用，具有很好的推廣應用前景。

參考文獻：

[ l ]江俊福．基于GIS 的交通安全管理系統(tǒng)研究與設計[ J] .山西建筑，2006 , 32 ( 15 ) : 61 一62 .

[ 2 ]江俊福．基于GIS 技術的城市規(guī)劃信息系統(tǒng)設計研究[ J ] .山西建筑，2006 , 32 ( 21 ) : 69 一70 .

Design of management system of coal resources based upon GIS

Xing Xiang-rong     Yuan Jing-shan     Ma Hong-bing

Abstract : Taking MAPGIS as platform and SQL Server2000 as development graph dstabase and attribute database of coal resources are built and  associated, which mainiy focus business from land and resources bureaus in order to promote the  development of coal economy  of Shanxi and provide instruction for computer aided management of coal resources.

Keywords:spatialdatabase,attributedatabase,association,coal